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Esboço do cone de luz emergente e da estrutura de emaranhamento dos operadores locais da Heisenberg em formas de redes tensoras. Crédito: Xu & Swingle.
Na física quântica, o embaralhamento é a dispersão da informação quântica através de um sistema quântico complexo, como os sistemas caóticos de muitos corpos quânticos. Esse processo pode dificultar ou impossibilitar o acesso a informações quânticas, principalmente ao usar métodos físicos simples e convencionais.
O embaralhamento pode ser medido usando correlacionadores ordenados fora do tempo (OTOCs), que são medidas do caos quântico vinculadas ao crescimento dos operadores da Heisenberg. Pesquisadores da Universidade de Maryland introduziram recentemente um novo método para calcular OTOCs de operadores locais em sistemas 1-D. Este método, apresentado em um artigo publicado na Nature Physics , poderia finalmente ser usado para estudar embaralhamento em sistemas quânticos complexos.
"A questão básica que estávamos tentando entender é como o caos se espalha no espaço em sistemas quânticos", disse Brian Physle, um dos pesquisadores que realizaram o estudo. "Pense no experimento de efeito efeito borboleta - queríamos saber: se uma borboleta bate as asas, com que rapidez essa perturbação se espalha no espaço? Queríamos entender isso especificamente no contexto de sistemas quânticos compostos por muitas partículas".
Estudos anteriores que investigaram como o caos se espalha no espaço dentro de sistemas quânticos reuniram várias observações interessantes, pintando uma paisagem interessante, mas bastante complexa, de possíveis comportamentos. Muitos desses estudos, no entanto, foram baseados em suposições especiais e isso torna mais difícil determinar em que medida suas conclusões podem ser generalizadas para outros sistemas.
Em seu estudo, Swingle e seu colega Shenglong Xu decidiram investigar quais comportamentos revelados em estudos anteriores são genéricos para todos os sistemas quânticos. Eles também esperavam entender como se pode pensar sobre o cenário de possibilidades que ocorrem em diferentes sistemas especiais.
"Para entender qual era o comportamento genérico, precisávamos de um método para calcular OTOCs em sistemas genéricos", disse Swingle. "Esse método precisaria utilizar alguma propriedade genérica de OTOCs em sistemas locais".
A idéia dos pesquisadores era usar a propriedade lightcone dos sistemas quânticos , o que implica que fora do cone de influência em expansão resultante do retalho metafórico da asa da borboleta, o sistema dificilmente é perturbado. Em outras palavras, fora do 'cone da borboleta', o efeito da borboleta permanece pequeno.
Na mecânica quântica, as ações são representadas como operadores e a pequenez de um determinado efeito se traduz na simplicidade do operador. Alavancando essa simplicidade, Swingle e Xu foram capazes de representar o operador de uma maneira computacionalmente útil (como um 'operador de produto matricial'), a fim de realizar os cálculos necessários para acessar a codificação.
"Há duas realizações importantes em nosso estudo", disse Swingle. "Primeiro, desenvolvemos uma estrutura teórica para classificar vários comportamentos possíveis da OTOC. Essa estrutura era geral o suficiente para incluir todos os exemplos conhecidos anteriormente. Segundo, formulamos um método de propósito geral para calcular as OTOCs, um método que poderia ir além dos cálculos anteriores. . "
Swingle e Xu já usaram seu método para calcular OTOCs de operadores locais para estudar uma variedade de sistemas genéricos. Curiosamente, eles descobriram que vários desses sistemas se encaixam em sua estrutura teórica. Em um estudo de acompanhamento apresentado na Physical Review X , os pesquisadores também usaram seu método para reunir evidências de que os OTOCs em sistemas caóticos genéricos têm um comportamento universal.
"Nós acompanhamos esse trabalho aplicando nossa tecnologia a vários sistemas diferentes que estão sendo estudados em experimentos de mesa em todo o mundo", disse Swingle. "Agora, também estamos generalizando a abordagem para incluir novos tipos de efeitos, incluindo o estudo de sistemas a baixa temperatura, onde a velocidade de propagação do caos tende a diminuir".
Explorar mais
Buracos negros às vezes se comportam como sistemas quânticos convencionais
Mais informações: Shenglong Xu et al. Acessando a codificação usando operadores de produtos matriciais, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038 / s41567-019-0712-4
Shenglong Xu et al. Localidade, flutuações quânticas e embaralhamento, Physical Review X (2019). DOI: 10.1103 / PhysRevX.9.031048
Informações da revista: Physical Review X , Nature Physics
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and
Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se
membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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